遼東軍前鋒線上的火器手、弓箭手被中華軍第一師步軍的火槍子彈掃蕩一空，後陣的騎兵終於有機會出擊了.
但是，分屬不同總兵官的邊軍騎兵，只有遼東軍的騎兵發起了衝鋒，穿過混亂的正在逃亡的步軍潰兵，向中華軍步軍第一師第一旅正面陣線衝去。
他們沒有什麼陣型，完全是亂哄哄地聚成幾團往前衝。在熱氣球觀測員的調度下，中華軍150門輕型野戰炮，十五門重型火炮全部把炮火向遼東軍騎兵的方向傾瀉。
正面的中華軍步軍聽到了幾聲短促的海螺號聲和鼓聲，立刻立定腳跟，採取了反方向行進裝彈輪射的戰術。燧發火槍加上紙質定裝彈藥，以及長期艱苦的訓練，中華軍燧發火槍手的射擊速度達到了每分鐘3-4發。他們將密集連續的彈雨射向官軍騎兵，十門鋼炮也將霰彈鋪天蓋地地向遼東軍騎兵覆蓋。
張承胤命令官軍騎兵的拼死衝鋒，只是想爲自己的部隊撤離戰場爭取時間，他沒指望靠騎兵能擋住敵人的進攻。
在黑火藥加燧發火槍的時代，光靠步兵的火槍子彈以及輪射戰術，還是很難擋住騎兵衝鋒的。但是，中華軍卻有着強大火炮的協助，而且有一半的炮彈是開花彈。官軍騎兵從來沒有經歷過這樣的炮火和槍彈的洗禮炮火將一半的騎兵掀翻在衝鋒途中，還有一些戰馬受驚後不管不顧掉頭亂跑，有一些騎兵被驚馬掀翻在地，然後被活活踩成肉泥。不少騎兵享受了飛翔的滋味；在開花彈爆炸產生的硝煙火光中，有不少人體在飛舞。
能夠衝到最後一段路的騎兵，看到的是對方陣地上無數的燧發火槍爆出的火光，星星點點密佈在視線所及的整個前方。他們在這時往往已經身中數彈奄奄一息了。
騎兵發起衝鋒後沒過多久，騎兵部隊也崩潰了。只有數百名遼東騎兵能衝到第一旅步軍陣地前，結果被上好了刺刀的中華軍士兵刺下馬來。這一輪騎兵衝擊，中華軍總共不過只有五六十人傷亡，而官軍騎兵死傷慘重，已經沒有了部隊的編制，四散奔逃，再也沒有組織衝鋒的可能了。
這時，中華軍騎兵已經突進到日壇附近，幾乎快要掐斷官軍的中軍老營的後路了。
中華軍右翼的重騎兵將擋路的火器手、弓箭手、刀手統統踩成肉泥，在後面追來的水手火槍隊配合下，很快打垮了官軍左翼的部隊。各路邊軍總兵官紛紛帶着親兵逃跑，而重騎兵堵移動鐵牆，將無數的官兵潰兵向他們中軍老營方向推去。
“嗚嗚”海螺號吹出長聲，鼓聲急促地響起，中華軍全體步軍士兵一起大喝“殺！”，挺起了刺刀，全體發起刺刀衝鋒。
官軍已經徹底崩潰，到處是逃亡的明軍士兵。他們人數實在太多，追擊的中華軍管不了那麼多俘虜，因此只要他們自動棄械躲到一邊，也就不管他們的死活了，邁開腳步一直追下去。
晚間，一場大雨嘩嘩地下了一會兒，轉眼就停息了。雨停的時候，一輪彎月明亮地透出雲層，中華軍也停止了追擊。
這時，官軍的殘兵有一部分躲進了京師東郊的日壇，包括了張承胤的中軍老營。總監軍兵部尚書黃嘉善，軍務贊理兵科給事中趙興邦和京營監軍太監張偉、馬通等也都在此。此刻，這幾人再無白天那種頤指氣使的態度了，滿腹經綸完全無用，全都臉色慘白地坐在那裏，看着在中軍帳中來回多踱步的張承胤。
日壇內外有數萬官軍敗兵聚集，外圍則是如狼似虎的中華軍嚴陣以待。
他們被包圍了。
通惠河南岸的中華軍土壘，雖然簡陋，卻是根據西洋炮臺造法而建的。全堡壘爲方形，於城四角各造一方形敵臺，它二面伸出於城外，一面與城連接，形成“在城之城外”之勢，大炮架於臺上，可以三面射擊，牆外沒有死角，即使敵人衝到城牆下，一臺與另一臺則形成交叉火力，使敵人遭到殺傷。一般的城牆建築，就無法達到這個效果。只要敵人到了城下，銳炮角度受到限制，就無法發射。當神機營官兵衝到堡壘跟前時，中華軍炮臺攢對橫擊，猛烈的交叉射擊給予官軍兵丁很大的殺傷。
神機營是在發過一陣火器後，才蜂擁衝到堡壘土牆下的。結果不但被大炮屠殺，還被土牆槍眼中射出的火槍子彈、拋出的手雷等打得血流成河。他們的第一次衝鋒被打退後，正想靠火器射擊來掩護進攻。但是，中華軍炮臺上的重炮發射出的霰彈和實心彈將神機營的火炮陣地打得一塌糊塗，上百枚燃燒火箭引爆了神機營的火藥車，將神機營三分之一的火藥報銷了。
整整一天，劉綎率領的南路官軍被土牆堡壘擋在通惠河南岸，寸步未進。
京營官軍本來就缺乏決死作戰的勇氣，加以平素疏於訓練，他們的火器射程又近，結果在與中華軍的炮戰對射中喫了大虧，被中華軍三門重炮點名一般將一處處官軍火器陣地摧毀了。
官軍還根本不瞭解中華軍這些新式火器的厲害，毫無顧忌地密集在一起，蜂湧進攻，結果給中華軍開花榴彈、霹靂火箭、手雷等轟擊屠殺創造了條件。一個上午時間，官軍在堡壘前橫屍1000多具，更有2000多人受傷。
下午，雖然北岸的戰事熱火朝天，但是劉綎屬下的明軍京營官兵卻再也不願意發起進攻了。他們甚至不敢進入到大炮的射程之內。
當通惠河北岸官軍大陣完全崩潰時，劉綎也覺得再僵持着也沒什麼意義了，果斷地下令後撤。但是他還是遲了，1000餘水手火槍隊剛剛打垮了通惠河北岸的京營部隊，立刻就坐着木筏渡過通惠河，在中華軍堡壘西面三裏處的河南岸登陸，直插劉綎所部京營部隊的後路。
同時，堡壘中的中華軍也打開堡門，在大炮掩護下衝了出來。神機營立刻崩潰，劉綎只能控制住自己的川軍子弟兵。他征戰一生，還從未打過這麼窩囊的仗：敵人的面貌都沒看清，就已經失敗了！他大怒之下，帶着幾百名親兵向中華軍衝去。
楊六到是被他嚇了一跳，趕緊命令自己的部隊迎敵。水手們以百人哨隊爲單位，組成一個個小方陣，火槍連綿發射；炮兵們全力開炮，還把那沉重的暴雨槍推了出來，迎接劉綎所部的衝鋒。
劉綎揮舞着大刀，竭盡全力想靠近敵人，想親手砍下幾顆頭顱泄泄憤。然而楊六並不打算配合他最後的決死表演。
十架暴雨槍同時點燃，每輛車100發子彈，總計1000發子彈在1分鐘之內全部向劉綎的部隊飛去。同時，還有水手們的無數子彈在歡迎劉綎。
一代猛將劉綎最後被連人帶馬打成了馬蜂窩，屍體就倒在楊六面前十步之近的地方。跟着他衝鋒的200名親兵全部被打死，中華軍無一人因爲他的衝鋒而受傷。
第二天，被中華軍騎兵騷擾了好幾天的山海關總兵杜松，忽然聽說了朝廷大軍戰敗的消息，二話沒說立刻帶隊撤退，直接向山海關跑去。他這樣做非常及時，他的部隊才離開沒多久，中華軍的全部騎兵就出現在了杜松原先的大營所在地。半天後，第一師第三團的步軍也趕到了，但是在大營附近只遇到了自己的騎兵戰友，杜松所部早已逃跑了。
朝廷大軍全軍潰敗，實際上的傷亡相對其兵力而言，並不算多。死在中華軍炮擊下的官兵不過幾千人，還不如大崩潰時自相踐踏而死的官軍人數多。
但是火器作戰的威勢確實是出乎了所有明軍將士的想象。這一仗如果換成是中華軍和一個戰鬥意志堅決、士氣高昂的對手打，是不會贏得如此輕鬆快捷。偏偏明軍就是缺少戰鬥意志和士氣，而且指揮體系混亂，部隊編制雜亂無章，佈陣毫無章法，將領臨陣毫無決斷能力，部隊無法調動指揮，幾萬人聚集在一起挨炮轟，失敗是必然的。
中華軍在夜間包圍了日壇，往內打了一陣槍，就派人喊話：要求官軍士兵繳械投降。
他們在黎明前解除了包圍圈，撤離了日壇。而原先被驅趕到這裏的明軍官兵大多數在晚間投降了。當張承胤早晨清點人數時，日壇內外只剩下數千官軍士兵了，大多數是他的遼東部隊。
他灰溜溜地帶着已經半癡呆的兵部尚書黃嘉善等人逃回了京城。
事後朝廷清點人數，卻怎麼也搞不清到底在京師東郊戰役中損失了多少人，因爲很多逃兵從此就脫離了軍伍行列，而且很多被俘了官軍被送到了臺灣、呂宋，靠做苦役爲自己贖身，贖身後他們就可以在中華公司統治區生活了，很多官軍俘虜就此定居在他們服苦役的地區了，再沒有回到明軍隊伍中去。
所以，官方對戰陣傷亡被俘的統計一塌糊塗。不過，戰前的十幾萬大軍，最後只有山海關總兵杜松這一路保持了完整編制，其餘部隊都整體崩潰了，回到京營、昌平的只有一萬多人。戰場上留下了一萬五千多具屍體，近一半是官軍自相踐踏而死的。其間還有大量死馬，通惠河水一時之間變成了殷紅色。
兵部尚書黃嘉善回到京城，找回了自己的魂魄，急急忙忙地去見內閣首輔方從哲，一見面就大哭說道：“賊兵勢大不可擋，大人，請皇上遷都吧！”